Курсовая: Аналоговые таймеры - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Аналоговые таймеры

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 46 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

25 Оглавление Гл ава 1. Таймер ы, их типы. Принципы работы аналогового таймера 3 1.1. Классификация и принципы построения таймеров 4 1.2. Ос обенности структур таймеров общего применения 7 1.2. Особенност и применения и основные параметры однотактного таймера 9 1.4.Ос обенности применения и основные параметры программируемого таймера. 12 Глава 2. Проектирование схемы таймера 15 2.1. Расчет возможности перекрытия диапазона 1:60. 15 2.2 Ра зработка схемы допускающей применение времязадающего конденсатора ме ньшей емкости. 18 2.3 Сх емотехническое повышение точности отработки временных интервалов. 20 Глава 3. Окончательный вариант разрабатываемой схемы 22 3.1. Блок- схема таймера. 22 3.2. Электрическая п ринципиальная схема устройства. 23 Лит ература. 26 Формулировка задания. Раз работать электрическую принципиальную схему таймера повышенной точно сти (погрешность – не более 0,1 секунды) на диапазон временных интервалов 1 – 60 сек. с плавной регулировкой временного интервала без использования прецизионных времязадающих элементов, обладающего возможностью калиб ровки шкалы с использованием внутреннего кварцованного генератора (ка либратора). Предусмотреть возможность использования разрабатываемой к онструкции в режиме генератора прямоугольных импульсов. Предварительно изучить соотве тственную элементную базу и на основании проведенного анализа предлож ить оптимальный вариант конструкции устройства с использованием досту пной элементной базы, выбрать комплектующие для построения разрабатыв аемой схемы. Произвести расче т параметров и элементов схемы. Глава 1. Таймеры, их типы. Принципы работы аналогового таймера Таймеры – у стройства, предназначенные для формирования заданного оператором (упр авляемые) либо изготовителем интервала времени. По своему исполнению по дразделяются на механические, электромеханические и электронные. Сред и последних отдельную группу составляют интегральные таймеры – функц ионально завершенные интегральные микросхемы средней и большой степен и интеграции. Интегральные таймеры по способу функционирования разделяются на аналоговые и цифровые. Последние имеют на крис талле только чисто цифровые компоненты: логические вентили, триггеры и б азирующиеся на их основе более сложные узлы таймера – счетчики, регистр ы, ячейки памяти, шифраторы и дешифраторы Первичным эталоном временного интервала тут является пьезокварцевый резонатор, за счет чего достигае тся высокая точность работы таймера. Примером такой микросхемы может сл ужить КР1016ВИ1 – цифровой многопрограммный таймер [1]. Данная большая интег ральная схема предназначена для производства бытовых программируемых часов (запас программ на неделю) но может быть использована и в составе различного технологического обору дования. Другим примером цифрового интегрального таймера явля ется большая интегральная схема КР580ВИ53. Она входит в состав микропроцесс орного комплекта КР580 и предназначена для формирования различных времен ных задержек электрических импульсов и деления частот (режим работы – п рограммируемый [2]). Аналоговые интегральные таймеры по сравнению с циф ровыми обладают менее сложной структурой (меньшее число дискретных ком понентов на кристалле), проще управляются и более дешевы. Времязадающим элементом для них является RC – цепочка. Для обрабатывания стабильных временных интервал ов элементы ее должны иметь минимальные значения температурных коэффи циентов сопротивления и емкости. Что касается зависимости временных ин тервалов от величины напряжения питания , то благодаря оригинальному схемному решению (впервые исполь зованному при создании микросхемы NE 555 [3]) она значительно меньше, чем у одновибраторов , построенных на о снове биполярных (например , микросхема К155АГ1 [4]) или МОП-транзисторов [5]. По функциональному составу внутренних узлов аналогов ые таймеры не являются полностью аналоговыми. Они наряду с компараторам и напряжения, которые относят к аналоговым ИС, содержат узлы, выполняющи е цифровые функции: логиче ские вентили, триггеры, счетчики и др. Компараторы в таймерах обеспечивают повышение ч увствительности их цифровых компоненто в от единиц вольт до долей милли вольта к изменениям входных напряжений. Таким об разом, основные функции в аналоговых таймерах выполняют циф ро вые узлы, точность же формирования интервала времени определяется в пер вую очередь компараторами напряжения. 1.1. Классификация и принципы постро ения таймеров Массовое применение таймеров в аппаратуре, раз нообра зие решаемых ими задач и, следовательно, мно гообразие требований, предъ являемых к их параметрам в зависимости от типа аппаратуры и рода выпол н яемых функций, обусловило создание большого семей ства полупроводнико вых таймеров. Все аналоговые таймеры делятся на два класса: однотактные и многотактны е со встроенным счетчиком ( см. рис. 1.1, ст. 27) [6]. Однотактные таймеры применяются, если длитель нос ть формируемых временных интервалов лежит в пределах от 1 мкс до 1 ч. Семей ство таких таймеров можно разделить на две группы (рис. 1.2, ст. 27). К первой гру ппе относятся таймеры общего применения, имеющие по одной, две и четыре И С на одном кристалле. Вторую группу составляют специализированные тайм е ры: микромощные и помехоустойчивые ИС. Длитель ность формируемого тай мером (рис. 1.2,а) интервала времени определяется током заряда внешнего вре мязадающего конденсатора С t а ток заряда — сопроти влением внешнего времязадающего резистора R t . Фор мируемый таймером временной интервал Т n пропор ционален постоянной в ремени RC -цепи и опреде ляется длительностью изменения напряжения на C t в пределах некоторого диапазона, установленного внутрен ним резисторным делителем таймера. Однотактный таймер, представленный на рис. 1.2,а, работает следующим образо м. В исходном состоянии, когда переключатель замкнут, напряжение на конд ен саторе уменьшается до нуля и на выходе таймера уста навливается низк ое напряжение, равное 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем форми руется сигнал, размыкающий переключатель S 1, и на выходе таймера устанавливается высокое напр яжение. Если входное сопротивление компаратора А1 значительно больше со противления R t , конденсатор С t будет заря жаться только через R t , а напряжение на С t будет экспоненциально нарастать с постоянной времени R t C t , стремясь к своему максимальному значению U n . Как только напряжение на конденсаторе достигнет не которой величины U оп1 , компаратор начнет вырабаты вать сигнал, устанавливающий триггер (а следователь но, и весь таймер) в исходное состояние Временной интервал Т n должен б ыть значительно больше, чем длительность запускающего импульса. Опорно е напряжение U on 1 формир уется в таймере внутренним резисторным делителем. Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одн овибратора, когда форми руется один выходной импульс после подачи внешн его сигнала запуска на вход триггера. Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мульти вибратора, управляющий входной сигнал от в ремязадающей RC-цепи подается на RS-триггер через ком паратор А2 с опорным на пряжением U on 2 . Чтобы иметь возможность прервать выполнение тай мером заданной функци и, независимо от завершенности вре менного цикла, введен переключатель S 2. При по даче сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока с игнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе та ймера устанавливается низкое напряжение. Многотактные таймеры разработаны для аппарату ры, требующей использов ания генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью им пульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (рис. 1.1). К первой г руппе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый времен ной интервал задается программно, установкой соответствующих перемыче к на выходах счетчика. В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RC-цепи в n раз ( n -определяет диапазон программирования или коэффициен т деления счетчиков). Программируемые таймеры содер жат таймеры общего применения, выполненные по би полярной технологии, и микромощные. Ко вто рой груп пе относятся специализированные таймеры со встроен ными счетч иками, у которых однозначно задан коэф фициент деления п. Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 1.2, б). При подаче на вход запуска им пульса включается внутренний мультивибратор на одно тактном таймере, генерирующий импульсы длительностью T n == R t C t . Подключенный к выходу таймер а N -разрядный двоичны й счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчик а времен ные интервалы, длительность которых может устанав ливаться от Т n до (2 n -1 )Т n . На первом выходе фор мируется импульс длительностью Т n , на втором – длител ьностью 2Т n , а на N -ном длительностью (2 n-1 ) Гц. Счетчик допускает объединение выходов, причем дли тельность формируемого в этом случае вр еменного ин тервала определяется суммой длительностей импульсов на об ъединенных выходах. Например, объединены выходы, формирующие отдельно и мпульсы длитель ностью T n , 8Т n и 128Т n , тогда длительность формируе мого временного интервала равна T n +8Т n +128Т n = 137Т n . Таким образом, объединяя соот ветствующие выходы, можно получить любую длительность импуль са или зад ержку его фронта в диапазоне T n - (2 n -1)T n . Выполнение таким таймером предварительно заданной программы можно пре рвать, подав на специальный вход импульс сброса. Для синхронной работы в нутреннего однотактного таймера и счетчика исполь зуется управляющая цифровая ИС. 1.2. Особенности структур т аймеров общего применения В полупрово дниковых таймерах наибольшее распро странение получили структуры, исп ользованные в однотактных таймерах NE 555, LM 322 и программируемом XR 2240. Структура таймера КР1006ВИ1, ана логичного NE 555, показан а на рис. 1.3,а. Эти таймеры состоят из четырех функциональных узлов: двух ком параторов напряжения на входе, RS -триггера и инвертирующего усилителя мощности на выходе [6]. Вну тренний резисторный делитель задает пороговые напряжения, рав ные 2 U n /3 для компаратора А1 и U n /3 для компара тора А2. Длительность генерируемых выходных и мпуль сов устанавливается внешней времязадающей цепью R t C t . Аналогичен NE 555 по структуре и параметрам таймер XR 320, разработан ный фирмой Ехаг. Этот таймер, в отличие от NE 555, может управляться не только с падом, но и фронтом импульса. Кроме того, XR 320 в дополнение к низкоомному вых оду имеет инверсный выход с открытым коллектором. Существенным преи мущ еством XR 320 является то, что времязадающий конденсатор С t заряжается внутренним генер атором постоянного тока, величину которого определяет внешний резисто р R t [6]. Благодаря этому напряжение на С t увеличивается линейно, что важно для некоторых применений однотактных таймеров. Тем не менее, этот таймер используется сравнитель но редко, не имеет такого схемотехнического обеспечения как NE 555 и обладае т незначительными преимуществами по сравнению с последним. Наиболее уд ачной структурой таймера является использованная в LM322. Этот таймер, втор ой по массовости применения среди однотактных, существенно превосходи т NE 555 по сочетанию пара метров точности, быстродействия и потребления. LM322 ч асто относят к прецизионным, подразуме вая под этим не столько его высок ие точностные харак теристики, сколько специфичность применения в аппа ратуре. Таймер содержит источник опорного напряже ния 3,15 В к которому под ключается внешний время задающий резистор. Применен только один компар атор быстродействие, которого можно увеличить, подключив дополнительн ый вывод N к источнику питания. За пускается таймер положительным фронто м импульса. Таймер LM322 существенно отличается от NE 355 конструкцией выходного каск ада. Хотя использованное в схеме включение транзистора VT 2 и делает более уни версальным выход таймера, для большинства применений предпочтительнее мощный вых одной каскад, как в NE 355. Наиболее распространенным в современной микроэлектрон ной аппаратуре среди многотактных программируемых таймеров является XR 2240, полная функ циональная схема которого приведена на рис.1.4 [6] Таймер сос тоит из трех основных узлов, выделенных штрихпунктирными линиями: однот актного таймера подобного NE 555; 8-разрядного двоичного счетчика и управляю щего триггера. Двоичный счетчик и управляющий триггер питаются от внутр еннего источника стабилизированного напряжения 6,3 В . Внутренний резисторный дели тель устанавливае т на входах компараторов А1 и А2 поро говые напряжения переключения, равны е 3 U n /4 и U n /4 соответственно. Выходами д воичного счетчика являют ся открытые коллекторы транзисторов VT 4 - VT 12. Триггер D 10 управляет работой счетчика D 2 - D 9 и триггера D 1 в однотактном таймере, котор ый в свою очередь управляет работой первого каскада D2 счетчи ка. 1.3. Особенности применения и основн ые параметры однот актного таймера Для полного и правильного использования различ ных возможностей таймера КР1006ВИ1 нео бходимо знать назначение его выводов, характеристики и тре бования к вы бору параметров времязадающих эле ментов. Назначение выводов таймера КР1006ВИ1 (рис. 1.3,а) незначительно отличается от рассмотренного ра нее для обобщенной структуры на рис. 1.2,а. Напряжение питания U n , подаваемое на вывод 8 и измеря емое относительно вывода 1, равно 5-16,5 В. Приращение потребляемого таймером тока на 1 В из менения напряжения питания равно 0,7 мА (рис. 1.5,а). Таймер способе н отдать в нагрузку или принять из нее ток не более 200 мА, что позволяет упра влять непосредственно лам почками и даже электромагнитными реле. Выход ное сопротивление около 10 Ом как для низкого, так и для высокого уровней выходного напряжения. Запуск таймер а осуществляется подачей на вывод 2 напряжения менее U n /3 (эту цепь обычно называют триггерным входом). По отношению к в ыходу этот вход является инверти рующим. Зависимость минимальной длите льности Т n запускаю щего импульса от низкого уровня его напря жения U показана на рис. 1.5,6. При высоком н апряжении на выводе 2 состоянием выхода таймера можно управлять с помощь ю компаратора А1 по выводу 6, называемому обычно пороговым входом (рис. 1.3,а). О тносительно изменений выходного напряжения этот вывод является неинве ртирующим входом таймера. Входной ток, втекающий для компаратора А1 (выво д 6) и вытекающий для компаратора А2 (вывод 2), не превышает 0,5 мкА. Для сброса та ймера, т. е. установ ления на его выходе низкого напряжения, независимо от напряжения на выводах 2 и 6, используется вывод 4. Если напряжение на этом вы воде меньше – равно 0,4 В, напря жени е на выходе равно 0,1-0,2 В. При напряжении большем 1 В цепь сброса выключена и н е влияет на рабо ту таймера. Кроме низкоомного выхода (вывод 3) таймер имее т и вспомогательный высокоомный выход (вы вод 7), представляющий собой отк рытый коллектор тран зистора VT 1 (рис. 1.3,а), Этот вывод обычно использует ся для организации обра тной связи с выхода на входы (выводы 2 и 6) таймера. Допустимое изменение нап ряжения на выводах 2, 4, 6 и 7 лежит в пределах 0 - 16,5 В. В таймере имеется доступ через вывод 5 к входам внутренних компараторов, на которые поданы пороговые напряжения. Этот вывод от рез исторного делителя позволяет дополнительно управлять работой таймера , изменяя пороговые напряжения компараторов при постоянном напряжении питания. Чтобы избежать влияния внешних помех и пульсаций напряжения пи тания на точность работы таймера рекомендуется шунтировать вывод 5 конд енсатором емкостью около 0,01 мкФ. В режиме прямой трансляции сигнала с входа на выход таймер может работат ь в диапазоне частоты до 10 МГц (рис. 1.5, д). Однако приводимое в справочных дан ных значение погрешности формирования временного интервала (табл. 1.1), рав ное 0,5%, измеряется обычно при формировании импульсов длительностью боле е 10 мкс. Время нарастания выходного напряжения таймера не превышает 100 нс [6]. Временные параметры этого однотактного таймера слабо зависят от измен ений U п и температуры (рис. 1.5,е) и полностью определяются схемотехник ой внутренних компараторов и качеством биполярной технологии их изгот овления. В таймерах, изготовленных, по КМОП-технологии (табл. П.1), отличающе йся худшим согласованием параметров парных транзисторов. З ависимость характеристик от U n и температуры значительно выше, чем у таймеров, изготовленны х по би полярной технологии. Особенности применения таймера КР1006ВИ1 связа ны с не идеальностью его па раметров и схемотехникой узлов. Чтобы параметры времязадающей цепи R t C t не влияли на точность формирования временных интерва лов, необходимо ограничить диапазон изменения сопротивления R t и емкости С t . Максимальное значение этого сопротивления определяе тся входным током компараторов, пр отекающим по выводам 2 и 6. Для формирования устойчивых временных интерва лов достаточно выбрать максимальное сопротивление R t из условия что его максимальное значен ие должно быть меньшим отношения значений напряжения питания к входном у току Расчеты дают его величину в 20 МОм при U n =10 В и Iвх=0,5 мкА. При включении таймера по схеме мультив ибратора когда выводы 2 и 6 объединены, входные токи, втекающий по выводу 6 и вытекающий по выводу 2, частично взаимно компенсируются и таймер может с охранить работоспособность при несколько большем значении этого сопро тивления. При включении таймера по схеме одновибратора для R t =20МОм отдельные типы таймеров не будут вы полнять требуемую фу нкцию. Поэтому не рекомендуется использовать времязадающие резисторы с сопротивлением более 10 МОм. Минимальное сопротивление R t определяется мак симально допустимым током, протекающим через внутрен ний транзистор VT1 таймера, при его насыщении. Хотя допустимый выходной ток по выводу 7 устанавливают обычно на уровне 100 мА, не рекомендуется использ овать малые сопротивления R t в сочетании с большими емкостями С t . Объясняется это тем что при разряде конденсаторов С t большой емкости транзист ор VT1 не мгновенно переходит в режим насыщения, а через время t a . В течении этого времени транзистор работает в активном режи ме и может выйти из строя из-за чрез мерной величины рассеиваемой на нем мощности. Поэтому при формировании малых временных интервалов реко мендуется ограничиться значением вре мязадающего резистора в l кОм и выбрать исходя из этого емкость С. Если же таймер применя ется в схеме, где C =100 пФ, то сопротивление R t может б ыть уменьшено до 150 Ом, что для аппаратуры специального назначения должно подтверждаться соответствующими техническими условиями. Минимальная емкость времязадающего конденсато ра C t должна быть значительно больше изменений собственной входн ой емкости таймера на выходах 2, 6 и 7, в зависимости от напряжения на них. Пос кольку изменение входной емкости при перезаряде C t не превышает нескольких пикофарад, не рекомендуется при форм ировании точных временных интервалов использовать С t < 100 пФ. Можно применять конденсаторы C t сколь угодно большой емкости, если их т ок утечки пренебрежимо мал. Фактически же, чем больше емкость конденсато ра, тем больше его ток утечки. Для нормальной работы таймера необходимо, ч тобы ток утечки C t не превышал зарядный ток через R t . Для форм ирования точных (около l %) временных интерва лов ток утечки через C t должен быт ь более, чем на два порядка меньше зарядного тока. Выходной инвертирующий усилитель таймера (рис. 1.3,а) работает в режиме АБ, вследствие чего на перех одной характеристике возникает «полка» длительностью 10-20 нс при напряже нии 1,5 В. Если таймер нагружен на быстродействующие ТТЛ-схемы (например, се рий 130 или 533), то наличие такой «полки» недопустимо, так как она находится в и х пороговой области и может вызвать ложное срабатывание логического эл емента. Чтобы выровнять линию переходного процесса, необходимо выход та ймера зашунтировать конденсатором емкостью около 100 пФ. 1.4.Особенности применения и основные параметры программируемого таймера. Программиру емые таймеры со встроенными счетчиками обеспечивают такую же точность формирования временных интервалов, как и однотактные. Однако диапазон, в котором обеспечиваетс я эта точность, расширен от единиц микросекунд до нескольких суток. Назначение выводов программируемого таймера следует из его функционал ьной схемы (рис. 1.4). Ос новное напряжение питания, подаваемое на вывод 16 и из меряемое относительно вывода 9 равно 4-15 В. Приращение потребляемого тайме ром тока на 1 В уве личения напряжения U ai равно 1 мА. При напряжен ии питания 4,5 В внутренний источник стабилизированного напряжения U ny , перестает работать, поэтому выводы 15 и 16 следует объединить, чт обы обеспечить нор мальную работу счетчика. Максимальный ток, который в ыходы счетчика (выводы 1-8) могут принимать от нагрузки, не должен превышат ь 5 мА. Допустимое из менение напряжения на выводах 1-8 лежит в преде лах 0-15 В. Запуск таймера осуществляется положи тельным фронтом импульса, подава емого на вывод 11 управляющего триггера. В момент запуска напряжения на вы водах 1-8 начинают изменяться в соот ветствии с временной диаграммой (р ис. 1.6). Соединением выводов 1-8 обеспечивается выполнение на выходе логичес кой функции проводное ИЛИ. Таймер не воспринимает следующий импульс зап уска, поступивший в течение формирования установленного заранее време нного интервала. Сброс таймера осуществляется положительным фронтом и мпульса, подаваемого на вывод 10. В момент подачи импульса сброса транзист оры VT 4- VT 12 (рис. 1.4) закрываются. Для управл ения таймером по выводам 10, 11 необходимы импульсы с логическими уровнями, соответствующими ТТЛ-схемам, и с длительностью более 1,5 мкс. Выход внутреннего однотактного таймера (вывод 14) необходимо подключать через резистор с сопротивлением более 20 кОм к шине стабилизированного внутреннего источника напряжения питания. Вывод 14 можно использовать и в качестве автономного входа /счетчика, работающег о от внешних импульсов. Для этого н еобходимо закрыть транзистор VT 2, заземлив, например, вывод 13 через резистор с сопротивлением 1 к Ом. В этом случае счетчик срабатывает по спаду положительных импульсов, подаваемых на вывод 14. Этот вывод может использоваться и в качестве дополнительной цепи управления рабо той счетчика. Счет прекращается н езависимо от состояния транзистора VT2, если вывод 14 заземлить. Для управле ния по выводу 14 необходимы ТТЛ-уров ни напряжений. Внутренний однотактный таймер генерирует импульсы длительностью окол о 0,35 мкс с частотой, равной \/= R t C f . Времязадающая цепь включает ся между выводами 9 и 16, а ее средняя точка соединяется с выводом 13. Максимал ьная частота генерируемых импульсов равна 130 кГц (при Rt = 1кОм, C t = 0,007 мкФ). Не рекомендуется устанавливать частоту меньше 10 -4 Гц (R=10МОм, С=10 3 мкФ). В то же время счетчик может работа ть от внешних сигналов с частотой до 1,5 МГц. Как и в однотактном таймере, в программируемом имеется вывод от внутренн его резисторного делителя. Это позволяет управлять работой счетчика с п омощью аналогового сигнала, подаваемого на вывод 12. Таймер спроектирован таким образом, что в момент включения его напряжен ия питания производится автомати ческий самосброс счетчика, если на выводах 10 и 11 напряжения около 0 В. Цепи с броса и запуска не равносильны при управлении триггером D 10. Если одновременно поданы пол ожительные импульсы на выводы 10 и 11, то управляющий триггер D10 отреаги рует только на импульс запуска. При разомкнутой цепи обратной связи с выходов счетчика на вывод 10 таймер работает в режиме мультивибратора, генерирующего непрерывные последов ательности выходных импульсов после подачи на вывод 11 положительного им пульса . Если цепь обратной связи за мкнута, то после подачи положительного импульса на вывод 11 таймер генери рует последовательности выходных импульсов до прихода первого положит ельного импульса на вывод 10 . Глава 2. Проектирование схемы таймера 2.1. Расчет возможности пер екрытия диапазона 1:60. Предварительный анализ литературных источников показал, что базовым элементом для создания устройства, технические хар актеристики которого описаны в формулировке задания наиболее рационал ьным будет использование микросхемы КР1006ВИ1. Для дальнейшей работы по проектированию необходимо произвести некотор ые предварительные расчеты. Определим возможность регулировки величины интервал а времени 1 сек – 60 сек при помощи изменения величины только одного из вре мязадающих резисторов без применения переключения диапазонов. В этом с лучае: = 60, где Т max = 60 сек, Т min = 1сек. Поскольку период Т генерируемых таймером, включенным в режиме мультивибратора (рис. 2.1) колебаний равен Т = 0.685( R A 1 + 2 R B 1 ) C , (2.1) то 60 = , (2.2). где R A 1 , R B 1 – з начения времязадающих резисторов в конце диапазона (максимальные значения). R A 2 , R B 2 - зн ачения вр емязадающих резисторов в начале диапазона (минимальные значения). Анализ ф ормулы (1) показывает, что более выгодно для увеличения интервала регулир овки в пределах одного диапазона изменять не величину R A , а величину R B . Поскольку было оговорено наличие только одного элемента регулировки, п оложим R A 1 = R A 2 . Начальное значение R B следует выбрать достаточно большим для достижения большого диапазона перекрытия. Для проволочных переменных резисторов наибольши й номинал – 47 кОм, остановимся на этом значении. Что касается величины R B 2 – то э то величина дополнительного (тоже проволочного) постоянного или подстр оенного резистора, включённого последовательного с переменным резисто ром R B . Преобразуем уравнение (2.2) к виду R A 1 + 2 R B 1 = 60 R A 2 + 120 R B 2 при, поскольку R A 1 = R A 2 = R A , a R B 1 = 47 K Ом R A + 94 = 60 R A +120 R B 2 откуда R B 2 = = Из этой формулы видно, что величина R A не может превышать значения 1,5932 кОм (числитель становится отри цательным). Заметим также, что при приближении номинала R A к этому значению разность потенциалов между видами 7 и 6 + 2 стрем ится к нулю, что может вызвать затруднения в работе мультивибратора. При дав величине R A ряд значений, далёких от крити ческого значения 1,59 кОм, рассчитаем соответствующие значения R B 2 . При R A =1.5 кОм - R B 2 =0.0458 кОм при R A = 1.2 кОм - R B 2 = 0.19(3) кОм при R A = 0.82 кОм - R B 2 = 0.3802 кОм при R A = 0.75 кОм - R B 2 = 0.4145 кОм при R A = 0.68 кОм - R B 2 = 0.449 кОм при R A = 0.51 кОм - R B 2 = 0.5326 кОм Остановимся на значении R А = 0.82 Ком, п оскольку ему соответствует значе ние R В2 =0.3802 кО м, что довольно б лизко к стандартному номиналу резисторов 390 Ом. Если воспользоваться построечным резистором в 390 Ом, то его легко подрегулировать под точное значение R В2 . Определим емкость времязадающего конденсатора, исходя из формулы (2.1). Пос кольку его значение одинаково для всех точек выбранного диапазона, з ададимся минимальным значением R В , которому отвечает период в 1 сек. Поскольку Т=0.685( R А +2 R В )С то при Т= 1сек с = При 923,9 мкФ. Столь большое значение ёмкости встречается только у электролитических конденсаторов, которые, обладая большой утечкой, сильной зависимостью ё мкости от температуры и заметным „ старением” (изменением значения ё мкости со временем) абсолютно не подходят в роли частотозадающего элеме нта. В качестве такового желательно использовать керамический конденс атор с минимальным (желательно – отрицательным) значением температурного коэффициента ёмкости. Однак о на такие большие номиналы они не выпускаются. 2.2 Разработка схемы допус кающей применение времязадающего конденсатора меньшей емкости. Выход из положения может быть найден за счёт усложнения схемы таймера, подсоединив к выходу микросхемы К1006 ВИ1 включенной по схеме мультивибратора (Рис 2.1) делитель частоты, коэффициент деления которого подоб ран так, что на его выходе присутст вуют прямоугольные колебания, час тота которых будет изменят ь ся в пределах 1 Гц – Гц при соответствующей регулировке частоты, генерируемо й мультивибратором. Как видно из соответствующих формул, уменьшение периода в тысячу раз приведёт к уменьшен ию ёмкости частотозадающего конд енсатора также в 1000 раз, тогда его ёмкость должна быть равной 923,9 нФ. Задавшись стандартным значением ёмкости C c т , можно вычислить значение коэффициента пересчёта счётчика, используемого в делителе D . N = Выберем С ст = 9,1нФ. Тогда N = =101527.47 101.528 Приведём зна чение N в двоичную сис тему счисления: N = N 2 =1100001010011000 2 . Вид этого числа указывает что счётчик, необходимос ти для пересчёта на 101528 будет содержать 19 триггеров (по числу знаков в N 2 ) и в составе счётчика должен быть элемент 7И, входа которого должны быть под соединены к выходам триггеров NN 4,5,8,11,13,18,19, а выход элемента – обнул ять счётчик при совпадении всех ед иниц на его входах – именно тогда будет достигнут искомый коэффициент п ересчёта. Ближайшее к N значени е двоичного числа – 2 17 = 131.072. Пос кольку построение чисто двоичных счётчиков легче (отсутствует многовх одовый элемент „И” д ля самосброса счётчика) определим, какое значение времязадающего конде нсатора в мультивибраторе Т должно быть, если N =2 17 C = = 7,049 нФ. Ближайшие стандартные номиналы конденсаторов по сетке Е24: 6,8нФ и 7,5нФ. Эти значения далеки от рассчитанного значения. Выбрав N =2 16 =65.536 получим значение С=14,097 нФ. Ближайшие стандартные номиналы 13нФ и 15 нФ. При N =2 15 значение С=28 нФ, а при 2 14 С=56нФ, что совпадает с одним из стандар тных значений сетки Е24. Кроме того, промышленность выпускает микросхему К561ИЕ16 – двоичный счётчик с коэффициентом пересчёта 2 14 [7]. Это сильно упрощает построение схемы таймера - в этой ее части использ уются всего 2 корпуса микросхем: КР 1006ВИ1 и К561ИЕ16. Эти две микросхемы совместимы по интервала значений напряже ния питания (4,5 – 16 В для таймера и 3-15 В для счётчика). Таким обра зом , напрашивается вывод , что основой проектируемого устройства д олжны быть две микросхемы - КР10006ВИ1 и К561ИЕ16. 2.3 Схемотехническое повыш ение точности отработки временных интервалов. Изучение литературных источников позволило сдела ть заключение о том что в состав ра зрабатываемого устройства можно ввести узлы и элементы которые создаю т следующие возможности: производить поверку таймера а также скорректи ровать отклонение величины емкости времязадающего конденсатора от рас считанного ее значения. В [6] описан сп особ, дающий возможность скоррект ировать отклонение емкости времязадающего конденсатора С от расчетной величины, так как оно вызывает оши бку в форми ровании временных интервалов. Для компенсации этой ошибки м ожно использовать регулировку напряжения вывода 5 внутреннего резисти вного делителя таймера (рис. 2.2). Длительность формируемого временного интервала равна времени t 3 , в течение которого конденсатор C t зарядится до напряжения 2 U nl 3 = U 5 на выводе 5. В общем случае t з =С t R t ( ln (1- U 5 / U n ) Отношение U 5 / U п , теперь будет определяться совмес тным действием делителей напряжения, образо ванным резисторами внешне го и внутреннего резисторного делителя таймера. Таким об разом, регулируя отношение сопротивлений внешнего делителя можно изменять длительность выходного импу льса Узел поверк и (рис 2.3) содержит вспомогательный генератор, частота генерации которого стабилизирована пьезокварцевым резонатором и делитель частоты, коэффи циент деления которого N численно равен значению резонансной частоты пьезокварцево го резонатора. В этом случае на выходе делителя присутствует прямоуголь ный сигнал с частотой 1 Гц (скважность сигнала не имеет значения). Температурная и долговременная нестабильность пьезокварцевых резона торов не превышает 10 -5 -10 -6 а нестабильность частоты сигнала с выхода делителя частоты будет еще в N раз меньше. Сигнал с выхода делителя поступает на С-вхо д D -триггера , на D -вход которого подается сигнал с выхода таймера, включенно го в режиме мультивибратора. При равенстве частот сигналов, подаваемых н а C и D -входы триггера его выход Q всегда будет иметь высо кий или низкий уровень (индицируется при помощи светодиода HL 1). При несовпадении значений этих частот будет наблюдаться мер цание светодиода с частой равной разности частот подаваемых на C и D - входы триггера. Пусть , например , одна из них имеет значение 1,000 Гц , а другая – 1,100 Гц – в этом случае светодиод будет мерцать с пер иодом в 10 секунд . Во время калибровк и таймера надлежит выставить значение периода его срабатывания 1сек и пе ревести в режим автогенерации . Если он мерцает с периодом превышающем 10 секунд , то это означает , что период срабатывания таймера отличается от выставленног о значения менее чем на 0,1 секунды. П ри меньшем периоде мерцания осуществляют калибровку таймера при помощ и дополнительного внешнего делителя подсоединенного к соответствующи м выводам К1006ВИ1 . В принципе возможна калибровка до погрешности в 0,01 се кунды, но эта операция займет несколько больше времени . Ввиду линейности зависимости периода срабатывани я таймера от величины времязадающего резистора поверка в одной точке шк алы распространяется на всю шкалу. Глава 3. Окончательный вариант разрабатываемой схемы 3.1. Блок- схема таймера. Исходя из вышеизложенных соображений разработанн ый таймер (рис3.1) должен содержать следующие узлы: Т-мультивибратор, собра нный на микросхеме К1006ВИ1, элемент 2И, двух RS-триггеров, организующих работу устройства, D-триггера и стабилизированного пьезокварцевым резонаторо м генератора G. Два последних элемента совместно с светодиодом HL1 образуют узел индикации. Ключ S1 служит для запуска таймера в режиме генерации один очного импульса (ключ S2 при этом зам кнут) . О н подключается между положи тельным полюсом источника питания и R -входом RS -триггера ключ S 2 замыкают при роботе схемы в режиме мультивибратора. При работе схемы в режиме одновибратора (таймера) ключ S 2 замкнут, при нажатии ключа S 1 на R -вход т риггера поступает сигнал высокого уровня и на его прямом выходе устанав ливается низкий уровень разрешающий работу счетчика С t .Одновременно на его инверсно м выходе появляется высокий уровень, прикладываемый ко второму входу эл емента 2И, разрешающий прохождение импульсов от генератора T на вход счетчика ст. При заполн ении всех триггеров счетчика единицами сигнал с выхода последнего триг гера счетчика своим фронтом прикладывается к S -входу RS -триггера. При этом на его прямо м выходе устанавливается высокий уровень, обнуляющий счетчик , а на инверсном - низкий, запрещающий прохождение импульсов генератора на его вход. При работе схемы в режиме мультивибратора (ключ S 2 разомкнут) возможно использование узла поверки Узел поверки содержит вспомогате льный генератор G , час тота генерации которого стабилизирована пьезокварцевым резонатором и делитель частоты, коэффициент деления которого N численно равен значению резон ансной частоты пьезокварцевого резонатора. В этом случае на выходе делителя присутствует прямоугольный сигнал с ча стотой 1Гц (скважность сигнала не имеет значения). Температурная и долговременная нестабильность пьезокварцевых резона торов не превышает 10 -5 -10 -6 а нестабильность частоты сигнала с выхода делителя частоты будет еще в N раз меньше. Сигнал с выхода делителя поступает на С-вход D -триггера , на D - вход которого подается сигнал с выхода таймера, включенного в режиме мул ьтивибратора. При равенстве частот сигналов, подаваемых на C и D -входы триггера , его выход Q всегда будет иметь высокий или низкий уровень (индицир уется при помощи светодиода). При несовпадении значений этих частот буде т наблюдаться мерцание светодиода с частой равной разности частот пода ваемых на C и D - входы три ггера. Пусть , например , одна из них имеет значение 1,000 Гц , а другая – 1,100 Гц – в этом случае светодиод бу дет мерцать с периодом в 10 секунд . Во время калибровки таймера надлежит выставить значение периода его сраб атывания 1сек и перевести в режим автогенерации . Если он мерцает с периодом превышающем 10 с екунд , то это означает , что период срабатывания таймера отличается от выставленного значения менее чем на 0,1 секунды. При меньшем периоде мер цания осуществляют калибровку таймера при помощи переменного резистор а R 4 В принципе возможна калибровка до погрешности в 0,01 секунды но эта операция займет несколько больше времени . Ввиду линейности зависимости периода срабатывания тайм ера от величины времязадающего резистора поверка в одной точке шкалы ра спространяется на всю шкалу. 3.2.Электрическая принципи альная схема устройства. Электрическ ая принципиальная схема приведена на рисунке 4. 2 . Здесь D 1-К1006ВИ1 D 2.1- один из четырех логически х вентилей микросхемы К561ЛА7 D 3 – К561ИЕ16 D 4.1и D 4.2- К561ТМ2 D 5-К176ИЕ5 (наличие этой микросхемы заставляет выбрать значение напряжения питания +9В, с эт им напряжением могут работать все остальные микросхемы, входящие в сост ав устройства). Номиналы резисторов Ra Rb rb и конденсатора С были рассч итаны на начальном этапе проектирования, Ra =820 Ом, R b = 47 кОм (переменный проволочный резистор типа ППБ-1) r b =380 O м (проволочный построечный мар ки СП5-1), C =56нФ (выбираем керамический гру ппы М33 Конденсаторы этой группы имеют небольшое отрицательное значение ТКЕ: -0,0033% ) Переменный резистор R 1 при помощи которого производится калибровка таймера выбира ем проволочный подстрочный марки СП5-22 номиналом 15 КО m ( это значение с овпадает с суммой сопротивлений внутреннего делителя микросхемы К1006ВИ1 и следовательно возможна необходимая подстройка периода). Пьезоэлектрический резонатор Z 1 – любого типа на часто ту 32768 Гц (из числа предназначенных д ля ручных и настольных часов). Группа компонентов входящих в состав генератора калибровки взята из ти повой схемы [7] R 5= 22МОм R 6=560КОм C 1=62пФ C 2=22пФ. Значения номиналов резисторов R 2 и R 3 могут иметь широкие пределы (и х назначение – обнулять входы КМО П-микросхемы) однако для повышения помехоустойчивости не следует избир ать слишком высокоомные. Можно остановиться на значениях в десятки кило м, например 30 кОм. Конденсатор С3-керамический или пленочный (основное требование к нему – малый ток утечки), его назначение – передача фронта положительного имп ульса с выхода счетчика D 3 на R -вход RS -триггера D 4.1. Минимальное значение его емк ости можно определить исходя из следующих соображений: после появления на выходе D3 импульса положительно й полярности на R-входе триггера D4.1будет действовать напряжение U=U n e -t/rc (3.1) U n -значение напряжения питания (высокий уровень на выходе КМОП микросхем близок к U n ) Величина U не должна у пасть до значения U :2 з а время меньшее времени срабатывания триггера D 4.1. При r =30 Kom рассчитанное значение C не должно быть менее 10 -10 Ф. Выбираем с запасом значение емкости 1нФ. На вывод 1 подается напряжение питания +9В, вывод 3 можно использовать для в нешнего запуска устройства (положительным уровнем сигнала от +4,5В до 9В кн опка П1 при этом должна быть замкнута) при ручном запуске нажатием П1 вывод 3 необходимо соединить с выводом 1. С вывода 2 снимается выходной си гнал устройства. Литература. 1.Новаченко И . В., Телец В.А .Микросхемы для бытово й радиоаппаратуры. Дополнение второе. Справочник.– М: Радио и связь, 1991-272 с. : ил 2. Хвощ С. Т., Варлинский Н. Н., Попов Е.О. Микропроцессоры и микр оэвм в системах автматическо го управления. Л.: Машиностроение , 1987. – 640 с.: ил. 3.Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555: Пер. с англ. – М.: Мир , 1988. – 263 с. , ил. 4. Шило. Л. В. Популярные цифровые микросхемы.: Справочник, - М. : радио и связь, 1989. – 352 с. 5. Волков С. Генераторы прямоугольных импульсов на МОП-элемен тах.: М.: Энергоиздат, 1986, 230 с. 6. Коломбет Е. А. Таймеры. М.: Радио и связь, 1984. 126 с. 7. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП – интегральных микросхемах. – М. : Радио и связь, 1990. – 128 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Сложнейшая задача досталась в этом году украинцам: как взять деньги у Германии, купить на них газ у России и при этом не хихикать, называя себя независимым государством.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по информатике и информационным технологиям "Аналоговые таймеры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru